Beneficiile neuroprotectoare ale exercițiului și ale MitoQ asupra funcției de memorie, dinamicii mitocondriale, stresului oxidativ și neuroinflamației la șobolanii îmbătrâniți induși de D-galactoză Partea 3

3.4. Efectul exercițiului pe banda de alergare și al MitoQ asupra exprimării proteinelor inflamatorii și a enzimelor antioxidante în hipocampul șobolanilor îmbătrâniți indus de D-Gal

S-a confirmat că TE și MitoQ afectează proteinele inflamatorii (COX-2, TNF-) și enzimele antioxidante (SOD-2, catalaza) în hipocampul șobolanilor în vârstă (Figura 4).

Pe măsură ce oamenii acordă mai multă atenție sănătății și longevității, enzimele antioxidante au devenit un nutrient important în dieta noastră zilnică. Ne poate ajuta să rezistam la daunele radicalilor liberi nocivi pentru organism, protejându-ne astfel sănătatea fizică. Cu toate acestea, pe lângă efectul protector asupra organismului, enzimele antioxidante sunt, de asemenea, strâns legate de memoria noastră.

Studiile au arătat că efectele radicalilor liberi nu pot afecta doar sănătatea fizică, ci ne pot afecta și creierul. Radicalii liberi ne pot deteriora celulele nervoase și ne pot afecta în mod direct memoria și alte abilități cognitive. Cu toate acestea, enzimele antioxidante pot juca un rol cheie în rezistența la deteriorarea radicalilor liberi, menținând astfel creierul nostru sănătos.

În plus, enzimele antioxidante ajută, de asemenea, la promovarea stabilității moleculare, la prevenirea inflamației și la reducerea morții celulelor neuronale. Toate aceste efecte ajută la menținerea sănătății creierului nostru și ne pot ajuta la îmbunătățirea memoriei.

Unele studii au arătat, de asemenea, că dacă organismul nostru nu are suficiente enzime antioxidante, poate duce la declin cognitiv, pierderi de memorie și alte boli neurologice. Prin urmare, consumul de alimente bogate în enzime antioxidante, cum ar fi legumele, fructele, nucile și peștele, ajută la protejarea sănătății creierului nostru și la îmbunătățirea memoriei, făcându-ne mai sănătoși și mai energici.

Pe scurt, enzimele antioxidante sunt foarte importante pentru promovarea sănătății noastre fizice și a creierului. Consumând suficiente legume, fructe, nuci și pește, care sunt bogate în enzime antioxidante, ne putem proteja corpul și creierul, ne putem îmbunătăți memoria și ne putem face mai sănătoși și mai energici. Se poate observa că trebuie să ne îmbunătățim memoria, iar Cistanche poate îmbunătăți semnificativ memoria deoarece are efecte antioxidante, antiinflamatorii și anti-îmbătrânire, care pot ajuta la reducerea oxidării și inflamației la nivelul creierului, protejând astfel sănătatea sistemul nervos. În plus, Cistanche poate promova, de asemenea, creșterea și repararea celulelor nervoase, sporind astfel conectivitatea și funcția rețelelor neuronale. Aceste efecte pot ajuta la îmbunătățirea memoriei, a capacității de învățare și a vitezei de gândire și pot preveni, de asemenea, apariția disfuncțiilor cognitive și a bolilor neurodegenerative.

Faceți clic pe cunoașteți modalități de îmbunătățire a funcției creierului

Nivelurile de expresie ale proteinelor inflamatorii au diferit semnificativ între grupurile de tratament (COX{{0}}, F4,34=148.171, p <{{1{0}}.0 01; TNF-, F4, 34=33.645, p < 0,001). Nivelurile de expresie ale enzimelor antioxidante au diferit, de asemenea, semnificativ între grupurile de tratament (SOD-2,F4,34=477.940, p < 0,001; catalaza, F4,34=75.447, p < 0,001).

Rezultatele testului post hoctest au arătat că a existat o schimbare dramatică a COX-2, TNF-, SOD-2 și expresia catalazei între grupurile Y-CON și D-CON.

Cu toate acestea, TE și MitoQ singure au redus expresia COX-2 și a proteinei TNF-reglată cu D-gal, iar combinația de TE și MitoQ a atenuat și mai mult ambele citokine inflamatorii în comparație cu MitoQ singur.

Aceste rezultate sugerează că administrarea de D-gal induce neuroinflamație, în timp ce TE și MitoQ au efecte antiinflamatorii în hipocamp. În plus, TE și MitoQ singure au crescut reducerea indusă de D-gal a expresiei SOD-2 și a proteinei catalazei.

SOD-2 a fost crescut în continuare în grupul D-COMBI în comparație cu tratamentul numai cu MitoQ și numai TE. Aceste rezultate sugerează că administrarea de D-gal induce și ROS în hipocamp, în timp ce tratamentul cu TE și MitoQ restabilește stresul oxidativ indus de vârstă.

Figura 4. Efectul exercițiului pe banda de alergare și al MitoQ asupra expresiei proteinelor inflamatorii și enzimelor antioxidante în hipocampul șobolanilor în vârstă indusă de D-gal. (A) Western blot reprezentativ de proteine ​​inflamatorii (COX-2, TNF-) și enzime antioxidante (SOD-2, Catalase). (B-E) Analiza densitometrică a benzilor Western blot normalizate la -Actin.

Datele prezentate în Western blot sunt medii de la șapte creiere de șobolan. -Actina a fost testată ca un control intern. Testul Bonferronipost hoc a fost utilizat după ANOVA. Valorile sunt medii ± SEM. a Indică o diferență statistică față de grupul Y-CON.

b Indică o diferență statistică față de grupul D-CON. c Indică o diferență statistică față de grupul D-TE. d Indică o diferență statistică față de grupul D-MI (p < 0.05).

3.5. Efectul exercițiului pe banda de alergare și al MitoQ asupra învățării și memoriei la șobolanii îmbătrâniți induși de D-Gal

Pentru a determina îmbunătățirile funcționale ale tratamentului TE și MitoQ în hipocampul îmbătrânit indus de D-gali, am efectuat labirintul de apă Morris și testele de evitare pasivă pentru a evalua învățarea și memoria (Figura 5).

Testul de evitare pasivă a demonstrat diferențe semnificative între grupurile de tratament (timp de latență de retenție, F4, 59=69.131, p < 0.001; Figura 5A). Testul post-hoc a arătat că o scădere semnificativă a timpului de retenție a fost observată în grupul D-CON comparativ cu grupul Y-CON. Cu toate acestea, a existat o creștere semnificativă a timpului de latență de retenție în D-TE, dar nu și în grupul DMI, în comparație cu grupul D-CON.

În plus față de rezultatele testului Morris Water Maze (Figura 5B, C), timpii de latență și distanțele de evacuare au diferit semnificativ între grupurile de tratament (timp de latență de evacuare, F4, 59=31.565, p <0). 001; distanță de evacuare, F4,59=10.833, p < 0,001).

Testul post-hoc a arătat că a existat o creștere semnificativă a timpilor de latență și a distanțelor de evadare în D-CON comparativ cu grupul Y-CON. Timpul de evadare a crescut semnificativ în grupurile D-TE și D-COMBI comparativ cu grupul D-CON.

Cu toate acestea, nu a existat nicio semnificație a distanței de evadare în toate grupurile de intervenție în comparație cu grupul D-CON. Aceste rezultate sugerează că TE singur restabilește afectarea indusă de D-gal a funcției de învățare și memorie.

4. Discuție

Declinul cognitiv asociat cu vârsta este strâns legat de îmbătrânirea creierului. Întârzierea îmbătrânirii creierului are o valoare enormă, deși este o parte inevitabilă a procesului de îmbătrânire.

În acest studiu, am investigat efectele preventive ale TE și MitoQ asupra deficiențelor cognitive asociate cu îmbătrânirea creierului. S-a descoperit că D-gal afectează parțial dinamica mitocondrială prin creșterea și, respectiv, scăderea fisiunii și fuziunii mitocondriale în hipocamp. În plus, D-gal a crescut inflamația și expresia NOX, rezultând o scădere a funcției cognitive dependente de hipocampus legate de învățare și memorie.

Cu toate acestea, TE a restabilit în mod eficient aceste condiții patologice și a prevenit declinul cognitiv. Tratamentul cu MitoQ singur a ameliorat efectele îmbătrânirii asupra inflamației și a enzimelor antioxidante, dar nu a indus modificări semnificative ale dinamicii mitocondriale sau ale funcției cognitive.

Indiferent de efectele sinergice sau aditive ale măsurilor de rezultat legate de îmbătrânirea creierului, rezultatele noastre sugerează că TE sau MitoQ au roluri potențiale ca tratamente non-farmacologice pentru prevenirea sau încetinirea declinului cognitiv odată cu îmbătrânirea.

Dinamica mitocondrială dezechilibrată este strâns legată de diferite boli legate de îmbătrânire și este foarte importantă în supraviețuirea celulară [36,37]. În acest studiu, grupul D-CON tratat cu D-gal pentru a induce îmbătrânirea a prezentat o expresie crescută a proteinelor Drp1 și Fis1 legate de fisiunea mitocondrială și o expresie scăzută a proteinelor legate de fuziunea mitocondrială Mfn1, Mfn2 și Opa1.

Aceste rezultate indică faptul că fisiunea mitocondrială excesivă a dus la o reducere parțială a funcției mitocondriale. Pe de altă parte, TE a scăzut expresia proteinelor legate de fisiunea mitocondrială și a crescut expresia proteinelor legate de fuziunea mitocondrială, ajutând la menținerea homeostaziei mitocondriale.

În rezultatul MitoQ, doar proteina de fuziune Mfn1 și proteina de fisiune Fis1 au prezentat tendințe similare cu TE, dar expresia celorlalte proteine ​​(Mfn2, Opa1 și Drp1) nu a fost diferită de cea din grupul D-CON.

Studiile anterioare folosind sisteme de cultură celulară au demonstrat că MitoQ a îmbunătățit echilibrul dinamicii mitocondriale perturbate de stresul oxidativ [38], precum și fisiunea mitocondrială într-un model farmacologic al bolii Parkinson, inducând fragmentarea mitocondrială [39], ceea ce este în contradicție cu constatările noastre din experimentul in vivo din cauza metodologică. diferențele dintre experimentul in vitro și in vivo.

Prin urmare, studii suplimentare care utilizează modelul nostru animal sunt justificate cu privire la utilizarea MitoQ și a dinamicii mitocondriale, inclusiv considerații privind doza și durata tratamentului.

Analiza NOX a arătat că grupul D-CON a prezentat o expresie crescută a p47 phox, gp91phox și p22 phox în hipocamp în comparație cu grupul Y-CON.

În plus, analiza IHC a arătat o imunoreactivitate crescută a p22 phox în cortexul cerebral și regiunea hipocampică CA3. Aceste rezultate sunt în concordanță cu un studiu anterior care a raportat că D-gal a crescut expresia NOX într-un model de îmbătrânire indus de D-gal [40].

Pe de altă parte, TE a reglat în jos expresia subunităților NOX2 p47 phox, gp91 phox și p22phox. Cu alte cuvinte, TE a inhibat eficient expresia NOX, care poate induce ROS.

Această constatare concordă cu un studiu în care antrenamentul fizic a redus activitatea NOX și a restabilit masa musculară scheletică la șobolanii cu insuficiență cardiacă [41] și un studiu în care TE a reglat în jos expresia NOX în aorta unui model de obezitate indusă de o dietă bogată în grăsimi [42].

În special, MitoQ, care a afectat dinamica mitocondrială, a exercitat un efect pozitiv puternic asupra activității NOX. Tratamentul cu MitoQ singur a scăzut activitatea NOX, similar cu TE. Deloc surprinzător, aceleași rezultate au fost observate și pentru tratamentul combinat TE și MitoQ.

Un studiu relevant a raportat efectul protector al MitoQ împotriva stresului oxidativ asupra mtDNA prin activarea semnalizării Nrf2/ARE, care este un factor decisiv în protejarea celulelor de stresul oxidativ [43].

Prin urmare, descoperirile noastre sugerează că exercițiile fizice și MitoQ ar putea ameliora stresul oxidativ indus de îmbătrânire prin căile semnalelor legate de NOX [44,45]. Pentru a investiga efectele îmbătrânirii induse de D-gal asupra neuroinflamației, am analizat și modelele de expresie ale astrocitelor specifice. markerul GFAP, factorii proinflamatori COX-2 și TNF- și enzimele antioxidante SOD-2 și catalaza din cortexul cerebral și DG hipocampal.

Am observat modificări morfologice cu colorarea anti-GFAP; corpurile celulare și dendritele au fost mai largi și mai puternic colorate în grupul D-CON comparativ cu grupul Y-CON.

Acest lucru sugerează că îmbătrânirea este strâns legată de glioză, în care activarea astrocitelor în cortexul cerebral și DG hipocampului duce la creșterea neuroinflamației.

TE și MitoQ au redus expresia GFAP, scăzând astfel neuroinflamația. Aceste rezultate sunt în concordanță cu constatarea că D-gal a crescut expresia GFAP în țesutul cerebral [46], că activitatea astrocitelor a cauzat răspunsuri imune înnăscute și adaptative [47] și că astrocitele din țesutul cerebral lezat au prezentat o expresie crescută a GFAP [48].

Acest studiu a confirmat concluziile studiilor anterioare conform cărora îmbătrânirea este strâns asociată cu neuroinflamația. Cu toate acestea, am constatat, de asemenea, că TE și MitoQ au atenuat eficient această neuroinflamație.

Mai exact, tratamentul cu MitoQ a demonstrat un efect mai clar în cortexul cerebral decât în ​​DG hipocampal. Factorii proinflamatori COX-2și TNF- au demonstrat o expresie crescută după tratamentul cu D-gal, dar TE și MitoQ au atenuat eficient acest lucru.

Mecanismele care stau la baza efectelor antiinflamatorii ale exercițiului nu au fost elucidate. Cu toate acestea, având în vedere ipoteza că este implicată reducerea grăsimii [49], creșterea nivelurilor de activitate fizică va utiliza în mod activ energia stocată în adipocite și scăderea rezultată a masei de grăsime corporală ar putea fi conectată la scăderea factorilor proinflamatori secretați de adipocite.

În plus, tratamentul combinat cu TE și MitoQ a crescut expresia enzimelor antioxidante SOD-2 și catalaza. Acest lucru este de acord cu alte studii care raportează niveluri crescute de enzime antioxidante la șobolani în vârstă după exerciții fizice [50] sau tratament cu MitoQ [51].

Astfel, descoperirile studiului nostru indică faptul că exercițiile fizice și MitoQ au ajutat la reducerea inflamației și au promovat funcția antioxidantă a țesutului cerebral.

Am folosit labirintul de apă Morris bine studiat și testele de evitare pasivă pentru a investiga dacă TE și MitoQ ar putea suprima declinul cognitiv observat în mod obișnuit în îmbătrânire, inclusiv învățare și memorie.

Grupul D-CON a durat mult mai mult (timp de latență de evadare) și a călătorit mai departe (distanța de evacuare) decât grupul Y-CON pentru a găsi platforma de evacuare în testul labirintului de apă. Acest lucru demonstrează că inducerea D-gal a redus capacitatea de învățare și memorie la animalele experimentale. Pe de altă parte, TE a redus timpul de latență de evacuare, demonstrând că TE a restabilit în mod eficient învățarea și memoria spațială.

Distanța de evacuare a crescut, de asemenea, ușor, dar s-a apreciat că aceasta se datorează vitezei crescute de mișcare a animalelor după TE. În mod similar, în sarcina de evitare pasivă, grupului D-CON a avut mai puțin timp pentru a intra în camera întunecată din spate din camera frontală luminoasă (timp de latență de retenție) în comparație cu grupul Y-CON, ceea ce indică o memorie afectată.

Rezultatele labirintului de apă și a testelor de evitare pasivă sugerează că TE poate inhiba eficient declinul cognitiv, inclusiv învățarea și memoria care pot apărea în timpul îmbătrânirii. Un studiu anterior a raportat că administrarea MitoQ timp de 5 luni a îmbunătățit afectarea retenției memoriei spațiale într-un model transgenic al bolii Alzheimer [52].

Spre deosebire de acest aport pe termen lung, rezultatele noastre au arătat că o perioadă relativ mai scurtă de tratament cu MitoQ nu a reușit să îmbunătățească declinul cognitiv existent indus de vârstă. Având în vedere că tratamentul cu MitoQ are efecte pozitive asupra inflamației, NOX și enzimelor antioxidante în studiul nostru, o perioadă mai lungă de MitoQ poate fi necesar pentru a preveni disfuncția cognitivă legată de îmbătrânire.

Hipocampul este în general considerat a fi cea mai importantă regiune a creierului pentru învățare și memorie [53]. Având în vedere că animalele cu leziuni hipocampale au prezentat învățare și memorie reduse [54], efectele de îmbunătățire cognitivă și de îmbunătățire a memoriei ale TE pot fi înțelese în termeni de neuroplasticitate și neurogeneză crescute și stres oxidativ și inflamație scăzut.

Cu toate acestea, în ciuda reducerii stresului oxidativ și a inflamației, MitoQ nu a arătat un efect clar asupra învățării și memoriei. Aceste rezultate sunt în concordanță cu un studiu anterior pe șoareci în vârstă (19 luni), în care exercițiile fizice, dar nu o dietă care conține antioxidanți, a îmbunătățit funcția de memorie [6].

Presupunem o posibilă explicație a motivului pentru care MitoQ nu a îmbunătățit disfuncția cognitivă indusă de vârstă, deoarece, spre deosebire de TE, MitoQ nu îmbunătățește funcția circulatorie (cum ar fi creșterea aportului de oxigen și nutrienți și eliminarea deșeurilor și a CO2 prin contracția musculară) și , în special, nu are niciun efect asupra metabolismului energetic din creier (cum ar fi nivelurile crescânde de neurotransmițători sau factori neurotrofici, cum ar fi factorul de creștere a nervilor sau factorul neurotrofic derivat din creier) [55-57].

Cu toate acestea, aceasta rămâne doar o ipoteză, deoarece acești factori nu au fost examinați în studiul de față. Cu toate acestea, rezultatele noastre sugerează că MitoQ nu a afectat neuroplasticitatea și neurogeneza necesare pentru a îmbunătăți funcția cognitivă actuală.

5. Concluzii

În acest studiu, am confirmat că îmbătrânirea indusă de D-gal a fost asociată cu afectarea cognitivă care afectează învățarea și memoria datorită unui dezechilibru între fuziunea mitocondrială și fisiune, inflamație crescută, niveluri reduse de enzime antioxidante și activarea NOX. Cu toate acestea, TE a ameliorat aceste efecte patologice și a prevenit declinul cognitiv legat de îmbătrânirea creierului.

Tratamentul cu MitoQ a arătat efecte pozitive asupra inflamației, enzimelor antioxidante și expresiei NOX, dar nu a îmbunătățit dinamica mitocondrială sau capacitatea cognitivă. La rândul său, spre deosebire de ipoteza noastră, combinația de TE și MitoQ nu a indus niciun efect sinergic sau aditiv asupra măsurilor de rezultat pe care le-am investigat în acest studiu.

Cu toate acestea, descoperirile noastre demonstrează că tratamentul cu antioxidanți vizați de mitocondrii, cum ar fi MitoQ, poate produce unele efecte pozitive. În special, activitatea fizică, cum ar fi TE, previne mai eficient îmbătrânirea tulburărilor cognitive, inclusiv învățarea și memoria. Prin urmare, propunem ca importanța activității fizice regulate să fie subliniată ca un tratament non-farmacologic eficient pentru îmbunătățirea și prevenirea declinului cognitiv la adulții în vârstă.

Contribuții ale autorului: Conceptualization, J.-HJ, J.-YC și E.-BK; Metodologie, J.-HK; Administrarea proiectelor, J.-YC; Supraveghere, E.-BK; Validare, J.-HK și JSY; Redactare-schiță originală, J.-HJ și J.-HK; Scriere-revizuire și editare, JSY, J.-YC și E.-BK Toți autorii au citit și au fost de acord cu versiunea publicată a manuscrisului.

Finanțare: Această cercetare a fost finanțată de Grantul de cercetare al Universității Daejeon (număr de grant, 20180160).

Declarația Comitetului de examinare instituțională: studiul a fost aprobat de Comitetul instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor din Korea National SportsUniversity (codul de protocol KNSU-IACUC-2018-05).

Declarația privind disponibilitatea datelor: Datele prezentate în acest studiu sunt disponibile la cerere de la autorul corespunzător.

Mulțumiri: Îi mulțumim lui Dong-Won Kim pentru că a ajutat cu experimentul Western blotting și manipularea animalelor.

Conflicte de interese: Autorii nu declară niciun conflict de interese. Finanțatorii nu au avut niciun rol în proiectarea studiului; în colectarea, analizele sau interpretarea datelor; în scrierea manuscrisului sau în decizia de a publica rezultatele.

Referințe

1. Keller, JN Neuropatologia legată de vârstă, declinul cognitiv și boala Alzheimer. Imbatranire Res. Rev. 2006, 5, 1–13. [CrossRef]

2. Rowe, JW; Kahn, RL Îmbătrânire de succes. Gerontologist 1997, 37, 433–440. [CrossRef] [PubMed]

3. Van Praag, H.; Lucero, MJ; Yeo, GW; Stecker, K.; Heivand, N.; Zhao, C.; Yip, E.; Afanador, M.; Schroeter, H.; Hammerstone, J.;et al. Flavanolul (-)epicatechina derivat din plante îmbunătățește angiogeneza și reținerea memoriei spațiale la șoareci. J. Neurosci. 2007, 27,5869–5878. [CrossRef] [PubMed]

4. Yook, JS; Rakwal, R.; Shibata, J.; Takahashi, K.; Koizumi, H.; Shima, T.; Ikemoto, MJ; Oharomari, LK; McEwen, BS; Soia, H.Leptina din hipocamp mediază beneficiile exercițiului ușor de către un antioxidant asupra neurogenezei și memoriei. Proc. Natl. Acad. Sci.USA 2019, 116, 10988–10993. [CrossRef] [PubMed]

5. Bhattacharya, TK; Pence, BD; Ossyra, JM; Gibbons, TE; Perez, S.; McCusker, RH; Kelley, KW; Johnson, RW; Woods, JA; Rhodes, JS Exercițiile fizice, dar nu (-)-epigalocatechin-3-galatul sau -alanina îmbunătățesc condiția fizică, plasticitatea creierului și performanța comportamentală la șoareci. Physiol. Comportament. 2015, 145, 29–37. [CrossRef] [PubMed]

6. Gibbons, TE; Pence, BD; Petr, G.; Ossyra, JM; Mach, HC; Bhattacharya, TK; Perez, S.; Martin, SA; McCusker, RH; Kelley, KW; et al. Alerarea voluntară pe roată, dar nu o dietă care conține (-)-epigalocatechin-3-galat și -alanină, îmbunătățește învățarea, memoria și neurogeneza hipocampului la șoarecii în vârstă. Comportament. Brain Res. 2014, 272, 131–140. [CrossRef] [PubMed]

7. Nam, SM; Seo, M.; Seo, JS; Rhim, H.; Nahm, SS; Cho, IH; Chang, BJ; Kim, HJ; Choi, SH; Nah, SY Acidul ascorbic atenuează îmbătrânirea creierului indusă de D-galactoză prin creșterea neurogenezei hipocampului și îmbunătățirea funcției de memorie. Nutrienți 2019,11, 176. [CrossRef] [PubMed]

8. Archer, SL Dinamica mitocondrială – fisiunea și fuziunea mitocondrială în bolile umane. N. Engl. J. Med. 2013, 369, 2236–2251.[CrossRef]

9. Hall, AR; Burke, N.; Dongworth, RK; Hausenloy, DJ Proteinele mitocondriale de fuziune și fisiune: ținte terapeutice noi pentru combaterea bolilor cardiovasculare. Br. J. Pharmacol. 2014, 171, 1890–1906. [CrossRef]

10. Zhan, M.; Brooks, C.; Liu, F.; Soare, L.; Dong, Z. Dinamica mitocondrială: mecanisme de reglementare și rol emergent în fiziopatologia renală. Rinichi Int. 2013, 83, 568–581. [CrossRef]

11. Held, NM; Houtkooper, RH Căile de control al calității mitocondriale ca factori determinanți ai sănătății metabolice. Bioessays 2015, 37,867–876. [CrossRef] [PubMed]

12. López-Otín, C.; Blasco, MA; Potârnichi, L.; Serrano, M.; Kroemer, G. Semnele distinctive ale îmbătrânirii. Cell 2013, 153, 1194–1217. [CrossRef][PubMed]

For more information:1950477648nn@gmail.com